锂电池隔膜技术工艺ppt课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,2020/6/22,康佳研究院,2012.01,锂电池隔膜技术和工艺,康佳研究院锂电池隔膜技术和工艺,隔膜是锂离子电池的重要组成部分,是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要构件。,隔膜是锂电池一个重要组件,隔膜是锂离子电池的重要组成部分,是支撑锂离子电池完成充放电电,2,隔膜定义,隔膜性能,影响,电池的界面结构、内阻,影响电池容量、循环,次数和,安全性能,影响,电池的综合性能,锂电池隔膜材料,高强度薄膜化聚烯烃多孔膜材料,有耐有机溶剂,功能,基体材料,为,聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂,材质,特性,不导电,电池种类不同，采用不同隔膜,PE,、,PP,等,隔膜作用,分隔电池的正负极，防止短路,充放电过程中,使电解质离子,来回,通过的功能,隔膜定义隔膜性能影响电池的界面结构、内阻影响电池容量、循环次,3,性能参数,透气率,Gurley,指数，是一个重要物化指标；,与电池内阻成正比；,数值越大，内阻越大。,自动关闭机理,一种安全保护性能；,限制温度升高和防止短路；,安全窗口温度越高愈好，电池的安全性越高；,与隔膜的原材料和隔膜的结构有关；,材料熔点决定隔膜的闭孔温度。,热稳定性,隔膜受热时尺寸稳定性,孔隙率,孔的体积和隔膜体积的比值，,一般隔膜孔隙率在,35%-60%,之间。,力学强度,要求抗穿刺强度高；,单向拉伸，拉伸,50N,，横向,5N,；,双向拉伸，要求,2,个方向要求一致。,隔膜六大性能参数,孔径大小及分布,孔径的大小及分布与制备方法有关；,孔径大小影响隔膜的透过能力；,分布不均匀导致电池内部电流密度不一致，,形成枝状晶刺穿隔膜。,性能参数透气率自动关闭机理热稳定性孔隙率力学强度隔膜六大性能,4,隔膜特性和分类,隔膜分类,根据不同物理、化学特性，锂电池隔膜材料可以分为：织造膜、非织造膜（无纺布）、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类,；,目前,商品化锂电池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜,；,固体和凝胶电解质用作一个特殊的组件，同时发挥电解液和电池隔膜的作用,-,固态电池。,锂电池隔膜的主要厂商及其主要产品,隔膜,特性,电子绝缘性,-,正负极的机械隔离；,一定的孔径和孔隙率，低电阻和高离子电导率，对锂离子有很好的透过性；,耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性,；,对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿力；,足够力学性能,-,穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能,薄,；,空间稳定性和平整性好；,热稳定性,好、,自动关断性能好,；,动力电池对隔膜要求更高，通常采用复合膜。,隔膜特性和分类隔膜分类锂电池隔膜的主要厂商及其主要产品隔膜特,5,隔膜,壁垒,技术方面,造孔工程技术,隔膜造孔工艺,难度高；,无成套,生产设备,；,产品稳定性,保持难,。,基体材料,聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂,等高分子材料复杂性和高知识含量,。,制造设备,设备精密稳定。,经济方面,投资金额大、周期长、技术风险高,。,国内现状：,隔膜的厚度、强度、孔隙率,一致性不够,量产批次稳定性较差,隔膜一致性,：,厚度、面密度、力学性能一致性,；,对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性,-,微孔的尺寸和分布直接影响到隔膜的孔隙率、透气性、吸液率。,锂电池成本构成,锂电池材料利润率,隔膜壁垒技术方面国内现状：锂电池成本构成锂电池材料利润率,6,工艺技术,成孔机理不同,共性步骤：,取向步骤,-,使薄膜产生空隙并提高拉升强度。,熔融拉升,MSCS,热致相分离,TIPS,工艺技术成孔机理不同熔融拉升MSCS热致相分离TIPS,7,干法工艺,干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹膜制成结晶性聚合物薄膜，经过结晶化处理、退火后，得到高度取向的多层结构，在高温下进一步拉伸，将结晶界面进行剥离，形成多孔结构，可以增加薄膜的孔径。,优点：工艺相对简单、附加值高、无环境污染。,缺点：,孔径及孔隙率较难控制；,拉伸比较小，只有约,1,3,；,低温拉伸时容易导致隔膜穿孔；,产品不能做得很薄。,熔融挤出,高倍拉伸,冷却,热处理,拉伸,热定型,分切,收卷,干法工艺干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹膜制成结晶性聚合物薄,8,干法工艺影响因数,工艺,影响膜结构的因素,熔融牵伸比,；,挤出温度,；,隔膜性能参数,等,。,熔融牵伸比,挤出温度,分子取向度,熔融牵伸比,热处理温度,薄膜结晶性,降低,挤出温度提高分子取向度,提高退火温度，提高结晶,度，晶片结构排列完善,冷拉伸,热定型,孔径大小和分布,膜结构,分子取向度,孔径大小和分布,薄膜结晶性,微观,影响膜结构的因素,干法工艺影响因数工艺影响膜结构的因素熔融牵伸比挤出温度分子取,9,两种干法工艺特点,单向拉伸设备,工艺方式,单向拉伸,双向拉伸,工艺原理,晶片拉伸,晶型转换,方法特点,设备复杂，精度要求高，投资大，工艺复杂、控制难度高、环境友好,设备复杂、投资较大，一般需成孔剂等添加剂辅助成孔,-,加入,晶型改进剂,产品特点,微孔尺寸、分布均匀、微孔导透性好，产品横向,热收缩,差，能够生产出不同厚度的产品，能够生产,PPPE,产品和三层复合产品,微孔尺寸、分布均匀、,透气性更好,，稳定性差。,现只能生产出较厚规格的,PP,膜,厂家,Celgard,、,UBE,、深圳星源科技,新乡格瑞恩,两种干法工艺特点单向拉伸设备工艺方式单向拉伸双向拉伸工艺原理,10,湿法工艺,湿法又称相分离法或热致相分离法，将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合，加热熔融后，形成均匀的混合物，然后降温进行相分离，压制得膜片，再将膜片加热至接近熔点温度，进行双向拉伸使分子链取向，最后保温一定时间，用易挥发物质洗脱残留的溶剂，可制备出相互贯通的微孔膜材料。,优点,：,隔膜孔径范围比较小而均匀,；,双向拉伸强度高,；,膜,更薄,。,缺点,：,投资大，周期长，工艺复杂；,环境污染。,湿法工艺湿法又称相分离法或热致相分离法，将液态烃或一些小分子,11,湿法工艺特点,工艺方式,双向拉伸,工艺原理,相分离,方法特点,设备复杂，投资大，周期长、工艺复杂、成本高、能耗大、有环境污染,产品特点,微孔尺寸小、分布均匀、适应生产较薄产品，只能生产,PE,膜,厂家,旭化成、东燃、美国,Entek,、深圳星源、金辉高科,干湿法隔膜性能比较,湿法工艺特点,比较性能,干法工艺,湿法工艺,孔径大小,大,小,孔径均匀性,差,好,拉伸强度均匀性,差，显各向异性,好，显各向同性,横向拉伸强度,低,高,横向收缩率,低,较高,穿刺强度,低,高,干法工艺（单向拉伸）,湿法工艺（双向拉伸）,单层隔膜的,SEM,图,湿法工艺特点工艺方式双向拉伸工艺原理相分离方法特点设备复杂，,12,湿法工艺原理,湿法制备微孔膜的热力学基础是聚合物,-,溶剂体系的相图。,通过调节体系的温度和浓度，使得聚合物直接,从体系中结晶析出,。,影响,膜孔结构形态,因素：,冷却速率,聚合物溶液的初始浓度,聚合物分子量,溶剂分子的运动与结晶能力,成核剂,-,成核剂能更好地控制微孔的尺寸和分布,湿法工艺原理湿法制备微孔膜的热力学基础是聚合物-溶剂体系的相,13,湿法工艺关键系统,投料配料,影响挤出过程稳定性、厚片和薄膜的厚度,配备计量精度较高的投料配料,挤出混合,核心环节之一；,设备要求：较强塑化能力、很好混合效果和挤出机稳定进料；,铸片冷却,将模头出来的熔体经过冷辊冷却成固态厚片,拉伸,膜生产的另一个核心；,使分子链产生取向，成孔剂均匀分布在分子链之间,收卷,收卷张力大小影响后续工序,洗涤烘干,湿法隔膜生产的特有工艺；,把成孔剂从油膜孔萃取出来，萃取剂的成分和浓度影响。,工艺步骤,关键工艺,湿法工艺关键系统投料配料影响挤出过程稳定性、厚片和薄膜的厚度,14,干湿法工艺区别,比较方法,干法工艺,湿法工艺,工艺比较,工序,简单,复杂,固定资产,相对低,高,工艺控制,难度高,低,产品比较,单层膜,可以,可以,三层膜,可以,不能够,原料,PP,可以,不能够,PE,可以,可以,原料特性,流动性好、分子量低,不流动、分子量高,产品性能,成本,低,高,使用范围,小,功率、,低,容量电池,大功率、高容量电池,安全性,低,高,热关闭温度,低（,135C,）,高（,180C,）,热收缩性,高,比较低,孔径,比较大,纳米级,环境,友好,污染,干湿法工艺区别比较方法干法工艺湿法工艺工序简单复杂固定资产相,15,隔膜,生产,设备,生产设备,设备大多是进口，目前还没一条整套设备提供。,搅拌机：,包括,搅拌电机,，,减速机,，,送量泵,等，,性能要求：,稳定性很重要，一定要选用进口的,。,萃取设备,通风设备,需要高耗电通风设备，设备需要,1000,万。,设备名称,价格,搅拌机,80,万元,挤出机,100,万元,冷却成型,:,100,万元,双拉机,840,万元,横拉设备,150,万,萃取设备,150,万,烘干定型,120,万,分切机,80,万,锅炉,控压机,冷却水塔,危险品仓库,仓库,配管线等,280,万,检查设备,实验室设备,100,万,回收装置,200,万,合计,约,2300,万元,按月产,100,万平方米隔膜，总投资估算,6986,万元，其中：固定资产投入,3370,万元，流动资产投入,1540,万元,+2076,万元,(6,个月的原材料安全库存,),。,隔膜生产设备生产设备设备名称价格搅拌机80万元挤出机100万,16,隔膜属于高分子材料，,专业知识门槛高；,技术专利问题；,满足工艺要求的高精密设备；,要求工艺和产品一致性高。,隔膜占锂电池成本有限；,市场规模有限，主导企业目前产能过剩；,未来产能扩大，导致价格下降。,投入高,；,建设周期较长,。,风险,技术风险,市场风险,资本风险,投资风险,隔膜属于高分子材料，专业知识门槛高；隔膜占锂电池成本有限；投,17,改变尺寸和结构,提高热稳定性,目前发展两个方向,膜厚度；,电池结构变化。,多层膜；,改良膜,新颖隔膜,隔膜,随锂电池需求变化而发展,隔膜,隔膜发展趋势,改变尺寸和结构提高热稳定性目前发展两个方向膜厚度；多层膜；,18,膜厚度,数码电池隔膜越来越薄；,动力电池隔膜安全第一，厚度达到,40,m,。,电池结构,聚合物电解质的固态电池，具有电解质和隔膜的双重作用，未来作为移动设备的重点使用；,隔膜材料为聚偏氟乙烯,-,六氟丙烯。,多层膜,结合了干法膜熔断温度高和湿法膜闭孔温度低的特点；,PP,PE,双层和,PP,PE,PP 3,层隔膜。,改良膜,表面接枝亲水性单体或改变电解质中的有机溶剂等，改善,PE,和,PP,隔膜对电解质的亲和性；,进行,PVDF,涂覆表面处理，提高膜强度，降低隔膜的厚度,新颖隔膜,高孔隙率纳米纤维隔膜，把纳米丝喷涂在静电纺布上；,Separion,隔膜，在纤维素无纺布上复合,Al2O3,或其他无机物，提高热稳定性。,隔膜发展趋势,膜厚度数码电池隔膜越来越薄；动力电池隔膜安全第一，厚度达到4,19,国外隔膜主要企业,公司,背景,客户,结构和组成,2011,年产量,方法,国内工厂,Asahi Kasei Chemicals,日本旭化成化学株式会社,成立于,1931,年，注册资金,103,亿日元，,半数以上产品供给三洋,单层,PE,9650,万平米,/,年,湿法,北京、上海设有办事处，在苏州、上海、张家港设有工厂。,Celgard,美国,Polypore,全资子公司,，,成立于,1981,年，注册资本,2,亿美金,MBI,、,BYD,单层和多层,PP,、,PE,PP/PE/PP,PVDF,覆盖,8980,万平米,/,年,干法聚烯烃隔膜,深圳设有办事处，上海设立新的办事机构。,Tonen Specialty separator,东燃埃克森美孚化工,日本东燃化学株式会社的子公司,，,成立于,1947,年，注册资本约,3512,亿日元,Sony,、,SDI,、,LGC,等,第三大供应商,单层,PE,8340,万平米,/,年,湿法,Ube Industries,日本宇部兴产株式会社,成立于,1942,年，注册资金,431,亿日元,主要客户为